如图所示,在一光滑的水平面上有两块高度相同的木板B和C,C的右端固定一轻质弹簧,重物A(视为质点)位于B的右端.A、B、C的质量均为m.现A和B以同一速度v0滑向静止的C,B和C发生

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,在一光滑的水平面上有两块高度相同的木板B和C,C的右端固定一轻质弹簧,重物A(视为质点)位于B的右端.A、B、C的质量均为m.现A和B以同一速度v0滑向静止的C,B和C发生正碰.碰后B和C粘在一起运动,A在C上滑行,与弹簧相碰后返回,恰好停在木板C的左端.试求:
(1)A停在木板C的左端后A、B、C共同运动的速度v;
(2)整个过程中系统克服摩擦力做功而产生的内能W;
(3)若重物A与木板C间的动摩擦因数为μ,求重物A对木板C相对位移的最大值sm及系统的最大弹性势能Epm

魔方格

◎ 答案

(1)A、B、C三个物体组成的系统动量守恒,设达到的共同运动速度为v,则:
2mv0=3mv
解得:v=
2
3
v0

(2)B和C发生正碰,B和C组成的系统在碰撞前后动量守恒,设B和C粘在一起运动的速度为v1,则:
     mv0=2mv1
解得:v1=
1
2
v0

设整个过程系统克服摩擦力做功而产生的内能为W,则:
    W=
1
2
m
v20
+
1
2
2m
v21
-
1
2
3mv2=
1
12
m
v20

(3)重物从左向右相对木板C的位移由零到最大过程中,克服摩擦力做功而产生的内能为全程产生内能W的一半.
设相对位移的最大值为sm,则:fsm=
1
2

而:f=μmg  
故:sm=
W
2f
=
v20
24mg

弹簧压缩到最短时,弹簧的弹性势能(即系统的弹性势能)为最大值Epm,此时三者速度相同,也为v=
2
3
v0
,由能量守恒定律得:
EPm=
1
2
m
v20
+
1
2
2m
v21
-
1
2
3mv2-
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